6.13. Испытание

моделей,

изготовленных:

а—из железобетона;

б—клееной древесины;

в — металла

моделей применяются материалы: стекло, целлулоид, фенолформальдегидные смолы, полиэфирные смолы, плексиглас, полиметилметакрилат, полибензилметакрилат, глифтамал, полидиаллилфталаты, сшитый полихлорстирол, оптически чувствительные гели, полиуретановые каучуки, прозрачные поликристаллы галлоидов серебра и таллия и др.

Материалы для изготовления моделей должны отличаться постоянством физико-механических свойств, хорошо обрабатываться, склеиваться или свариваться.

Наиболее часто применяются следующие методы исследования напряженно-деформированного состояния моделей: тензометрический, поляризационно-оптический, фотоупругих в хрупких покрытий, делительных сеток и муаровык полос, голографии и физической аналогии.

Сущность тензометрического метода заключается в том, что в заданных участках модели устанавливают тензометры или наклеивают тензорезисторы для замера фибровых деформаций с последующим вычислением напряжений.

Поляризацяонно-оптический метод основан на изменении оптических свойств определенных пьезооптических материалов, которые под действием напряжений приобретают свойство двойного лучепреломления. Для этого через модель пропускают поляризованный пучок света (рис. 6.14) и рассматривают на. экране интерференционную картину в виде системы светлых и черных полос (рис. 6.15), характеризующих напряженное состояние модели. По картине полос одинаковой окраски в заданных точках модели устанавливают разность главных напряжений , называемую ценой деления полосы модели. Порядок чередования волос определяют подсчетом числа затемнений при увеличении нагрузки на модель. По напряжению модели определяют напряжение в натурной конструкции .

Рис. 6.14. Схема поляризационно-оптической установки:

1- Источник света; 2- поляризатор;

3- модель; 4- анализатор; 5- экран

Рис. 6.15. Интерференционная картина при испытании

балки на двух опорах сосредоточенной силой

Для полного представления о напряженном состоянии требуется также определить каждое из главных напряжений. Определение напряжений обычно выполняется одним из трех методов: экспериментальным; численным или смешанным.

Экспериментальные методы применяют: для определения с помощью оптиметров или тензометров приращения толщины модели при загружении.

Относительная деформация

,

откуда

.

Для повышения точности измерений широко применяют интерферометрические методы получения изопахик - линий, равных сумме главных напряжений Измерение толщин моделей при этом производится оптическим квантовым генератором — лазером.

Численные методы разделения напряжений основаны на применении уравнений механики сплошной среды. В смешанных методах численный анализ дополняют данными экспериментов.

Исследование решений линейных упругих задач на моделях, изготовленных из оптически чувствительных и механически изотропных материалов, называют методом фотоупругости.

Упругопластические задачи решают методом фотопластичности. Материалы, проявляющие при загружении свойства ползучести, изучают методом фотоползучести. для исследования больших деформаций применяют упругие изотропные материалы — полиуретановые каучуки (прозрачные резины). Однако возможности исследователя при испытаниях моделей строительных конструкций, изготовленных из оптически прозрачных материалов, весьма ограниченью. Поэтому получили развитие другие, более удобные для применения, методы.

Метод фотоупругих покрытий заключается в том, что на поверхность модели, изготовленной из любого материала, в том числе и материала натурной конструкции, наносится тонкий слой покрытия, работающий в процессе испытания модели упруго. При загружении модели в покрытии возникает пьезооптический эффект, с помощью которого изучают характер распределения деформаций на поверхности модели. Покрытие может наноситься не на всю модель, а только на отдельные участки. В наиболее характерных сечениях модели могут применяться вклейки из материала с высокой оптической чувствительностью. Модель может изготовляться и из двух материалов с разной оптической чувствительностью или из одного с разделением отдельных частей модели полупрозрачными, зеркально отражающими слоями или поляроидной пленкой.

Разработаны методы, позволяющие измерять оптические эффекты в отдельных слоях модели с помощью «замораживания» и последующей разрезкой модели на отдельные слои для изучения в полярископе. Под «замораживанием» понимают способность некоторых полимеров сохранять неизменной оптическую анизотропию, возникающую при загружении модели при определенной температуре или в состоянии частичной полимеризации. Если загрузить модель, которая в результате воздействия повышенной температуры или неполной полимеризации находится в высокоэластическом состоянии, а затем охладить ее или произвести полимеризацию, то после снятия нагрузки оптические эффекты остаются неизменными, как бы замораживаются.

Представляют интерес простые методы качественной оценки распределения деформаций на первом этапе исследования модели с тем, чтобы принять для последующих испытаний наиболее обоснованную методику изучения напряженно-деформированного состояния и схему установки измерительных приборов. К числу таких методов можно отнести метод хрупких покрытий.

Метод хрупких покрытий характеризуется тем, что на поверхность модели наносится тонкое лаковое покрытие. Состав лака подбирается так, чтобы разрыв пленки происходил в пределах упругих деформаций материала модели. При загружении модели в наиболее напряженных сечениях в покрытии возникают трещины, направленные перпендикулярно к оси максимальных удлинений. По характеру расположения трещин и величине нагрузки, при которой они возникают, можно судить о напряженно-деформированном состоянии модели. По картине трещинообразования можно сделать вывод о требуемой схеме расположения тензорезисторов для более точной количественной оценки возникающих напряжений.

Для исследования больших пластических деформаций и ползучести применяют метод делительных сеток. На поверхность модели наносят делительную сетку, форму и положение которой сравнительно просто оценивают в какой-либо системе координат. При загружении модели сетка деформируется, и определяют приращения деформаций.

В методе муаровых полос используются специальные сетки— растры. Одна из сеток наносится на поверхность модели, вторая — на эталон. Совмещая оптическим способом рабочую сетку с эталонной, получают муаровые полосы, характеризующие напряженно-деформированное состояние модели. Перенос растрового изображения с эталона на модель производится фотографическим способом. Для более совершенной фиксации отпической информации используется метод голографии.

Из теории упругости известно, что сумма главных напряженней в плоскости модели при отсутствии объемных сил удовлетворяет уравнению Лапласа

,

— оператор Лапласа.

для решения данного уравнения при испытаниях моделей пользуются электрогидродинамической аналогией, основанной на том, что при плоском напряженном состоянии функция суммы и функция потенциала в стационарном электрическом поле описываются одинаковыми уравнениями. Электрическая модель изготавливается из токопроводящей бумаги и металлической фольги. Модель включается в электрическую цепь постоянного тока, в ней создаются соответствующие граничные условия и определяются изолинии тока.

ЛЕКЦИЯ 7. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ ДЛЯ СТАТИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ КОНСТРУКЦИЙ.